DE102017212276A1 - Main spindle device of a machine tool - Google Patents

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bearing
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Issei KOIKE
Naoki Kawada
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Okuma Corp
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Abstract

Zusammengefasst wird eine Hauptspindelvorrichtung M einer Werkzeugmaschine offenbart, enthaltend: eine Hauptspindel (9), ein Dämpfungselement (20a, 20b), und eine Recheneinheit (3). Das Dämpfungselement (20a, 20b) ist auf einer Position, wo sich ein Schwingungsweg eines Rotators befindet, vorgesehen. Die Recheneinheit (3) benutzt die Daten eines Werkzeuges (8), um den Vibrationsmodus in einer freien Vibration des Rotators, basierend auf einer Stützsteifigkeit des Lagers (10a, 10b), der Massen der jeweiligen Teile des Rotators inklusive des Werkzeugs (8), dem Dämpfungskoeffizient, und der Bewegungsgleichung, abgeleitet von der Steifigkeit und der Drehungsträgheit, zu analysieren. Ein Außerdurchmesser einer Hülse (12), die sich außerhalb des Lagers (10a, 10b) befindet, wird so geändert, dass eine Position eines Schwingungsbauchs der Vibration oder eine Position, auf der sich ein Schwingweg unter dem Vibrationsmodus befindet, einer Position des Dämpfungselements (20a, 20b) innerhalb der Hauptspindel (9) entspricht, um die Vorspannung auf die Lager (10a, 10b) zu ändern.In summary, a main spindle device M of a machine tool is disclosed, comprising: a main spindle (9), a damping element (20a, 20b), and a computing unit (3). The damping element (20a, 20b) is provided at a position where a swing path of a rotator is provided. The arithmetic unit (3) uses the data of a tool (8) to determine the vibration mode in a free vibration of the rotator, based on a support rigidity of the bearing (10a, 10b), the masses of the respective parts of the rotator including the tool (8), the damping coefficient, and the equation of motion derived from the stiffness and the rotational inertia. An outside diameter of a sleeve (12) located outside the bearing (10a, 10b) is changed so that a position of a vibration antinode of vibration or a position where a vibration path is under the vibration mode, a position of the damping element (FIG. 20a, 20b) within the main spindle (9) to change the preload on the bearings (10a, 10b).

Description

Die Offenbarung betrifft eine Hauptspindelvorrichtung einer Werkzeugmaschine.The disclosure relates to a main spindle device of a machine tool.

Bei einer spanabhebenden Verarbeitung unter Verwendung einer Werkzeugmaschine, insbesondere eines Bearbeitungszentrums, treten Vibrationen aus unterschiedlichen Gründen auf. Konventionell schlägt die japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 2012-171074 ein Verfahren vor, womit eine Drehzahl einer Hauptspindel gesteuert wird, um die Vibration zu reduzieren oder zu vermeiden, wenn die Vibration während der Verarbeitung auftritt. Ein solches Verfahren kann manchmal die Vibration nicht durch Änderung der Drehzahl reduzieren, wenn die Vibration von der Eigenfrequenz des mechanischen Systems hervorgerufen wird. Daher offenbart die japanische Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer 5-138408 einen Versuch, um die Vibration, erzeugt von der Eigenfrequenz des mechanischen Systems, zu vermeiden, wobei eine Steifigkeit eines Lagers erhöht wird, um die Eigenfrequenz des mechanischen Systems zu ändern, sodass die Vibration reduziert wird.In a machining process using a machine tool, in particular a machining center, vibrations occur for different reasons. Conventionally, that beats Japanese Patent Application Publication No. 2012-171074 a method whereby a rotational speed of a main spindle is controlled to reduce or avoid the vibration when the vibration occurs during the processing. Such a method can sometimes not reduce the vibration by changing the speed when the vibration is caused by the natural frequency of the mechanical system. Therefore, the Japanese Patent Application Publication No. 5-138408 an attempt to avoid the vibration generated by the natural frequency of the mechanical system, wherein a rigidity of a bearing is increased to change the natural frequency of the mechanical system, so that the vibration is reduced.

Wenn die Vibration im Stand der Technik während der spanabhebenden Verarbeitung auftritt, erkennt ein Sensor die Vibration, und dann wird die Steifigkeit des Lagers erhöht oder die Drehzahl anhand einer Analyse der Vibrationsfrequenz angemessen geändert, sodass die Vibration reduziert wird. Jedoch ist bei beiden Verfahren das Auftreten der Vibration eine Voraussetzung, und die angemessene Steifigkeit und die Verarbeitungsbedingung können nicht vor der Verarbeitung definiert werden. Bei dem Verfahren, mit dem die Drehzahl zum Reduzieren der Vibration durch abgesenkte Drehzahl gesteuert wird, verschlechtert sich die Produktivität.When the vibration occurs in the prior art during the machining, a sensor detects the vibration, and then the rigidity of the bearing is increased or the rotational speed is appropriately changed by analyzing the vibration frequency, so that the vibration is reduced. However, in both methods, the occurrence of the vibration is a prerequisite, and the proper rigidity and the processing condition can not be defined before the processing. In the method of controlling the speed for reducing the vibration by the lowered speed, the productivity deteriorates.

Daher ist es eine Aufgabe dieser Offenbarung, dass eine Hauptspindelvorrichtung einer Werkzeugmaschine vorgesehen ist, um die Probleme in der obergenannten konventionellen Hauptspindelvorrichtung einer Werkzeugmaschine zu lösen. Die Hauptspindelvorrichtung einer Werkzeugmaschine dieser Offenbarung reduziert die Vibration effizient mit einer Biegeeigenwinkelfrequenz einer Hauptspindel, die mittels eines anzuwendenden Werkzeugs variiert, und sie ist mit einem niedrigen Preis zu konfigurieren.Therefore, it is an object of this disclosure that a main spindle device of a machine tool is provided to solve the problems in the above-mentioned conventional main spindle device of a machine tool. The main spindle apparatus of a machine tool of this disclosure efficiently reduces vibration with a bending natural angular frequency of a main spindle varying by means of a tool to be used, and is configured at a low price.

Diese Aufgabe wird durch eine Hauptspindelvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Hauptspindelvorrichtung enthält eine Hauptspindel, ein Dämpfungselement, und eine Recheneinheit. Die Hauptspindel kann innerhalb einer Hülse mittels eines Lagers (z. B. eines Wälzlagers) rotierbar gelagert werden. Das Dämpfungselement kann in eine Position, wo sich ein Schwingweg eines Rotators befindet, gebracht werden. Die Recheneinheit kann so konfiguriert sein, dass sie die Daten eines Werkzeuges verwendet, um den Vibrationsmodus in einer freien Vibration des Rotators, basierend auf einer Stützsteifigkeit des Lagers, der Massen der jeweiligen Teile des Rotators einschließlich des Werkzeugs, einem Dämpfungskoeffizient, und einer Bewegungsgleichung, abgeleitet von einer Steifigkeit und einer Drehungsträgheit zu analysieren. Ein Außendurchmesser der Hülse, positioniert außerhalb des Lagers, kann so geändert werden, dass eine Position eines Schwingungsbauches der Vibration oder eine Position, worauf sich der Schwingweg des Vibrationsmodus befindet, einer Position des Dämpfungselementes innerhalb der Hauptspindel entspricht, um eine Vorspannung auf das Lager zu ändern. Hierbei ist die Position eines Schwingungsbauches ein Punkt, wo die Amplitude am größten ist und worum der Schwingungsweg am meisten fluktuiert.This object is achieved by a main spindle device having the features of claim 1. Advantageous developments are the subject of the dependent claims. The main spindle device includes a main spindle, a damping element, and a computing unit. The main spindle can be mounted rotatably within a sleeve by means of a bearing (eg a roller bearing). The damping element may be brought to a position where a swinging path of a rotator is located. The arithmetic unit may be configured to use the data of a tool to determine the vibration mode in a free vibration of the rotator, based on a support rigidity of the bearing, the masses of the respective parts of the rotator including the tool, a damping coefficient, and an equation of motion, derived from a stiffness and rotational inertia. An outer diameter of the sleeve positioned outside the bearing may be changed so that a vibration antinode position of vibration or a position where the vibration mode vibration displacement is corresponds to a position of the damping element within the main spindle to bias the bearing to change. Here, the position of an antinode is a point where the amplitude is greatest and what the oscillation path fluctuates most.

Mit der Hauptspindelvorrichtung einer Werkzeugmaschine gemäß einem zweiten Aspekt der Offenbarung, welche in dem ersten Aspekt der Offenbarung enthalten ist, kann ein Raum so konfiguriert sein, dass er mit einem Medium zur Druckanwendung befüllt ist, und der Raum kann zwischen dem Gehäuse und der Hülse nahe der Installationspositionen der jeweiligen Lager vorgesehen sein, damit er eine Dimension gleich oder größer als die Breite des Lagers hat, und der Druck des Mediums innerhalb des Raums kann so eingestellt sein, dass sich der Außendurchmesser der Hülse außerhalb des Lagers zur Steuerung der Vorspannung auf das Lager ändert.With the main spindle device of a machine tool according to a second aspect of the disclosure included in the first aspect of the disclosure, a space may be configured to be filled with a medium for pressure application, and the space may be close between the housing and the sleeve the installation positions of the respective bearings may be provided to have a dimension equal to or greater than the width of the bearing, and the pressure of the medium within the space may be adjusted so that the outer diameter of the sleeve outside the bearing for controlling the bias on the Warehouse changes.

Die Hauptspindelvorrichtung der Werkzeugmaschine gemäß dem ersten Aspekt hat eine erhebliche kostengünstige Struktur, wo die Dämpfungselemente zwischen der Hauptspindel und dem Hauptspindel-Einbauelement vorgesehen sind, und die Nuten zur Druckaufbringung einfach in dem Gehäuse ohne einer speziellen Verarbeitung des Gehäuses und der Randteile, eingebracht sind. Anschließend, sogar mit einer solchen einfachen Struktur, ist die Hauptspindelvorrichtung so konfiguriert, dass die angemessene Lagersteifigkeit für die Vibrationsreduktion vor der Verarbeitung anhand der Information des anzuwendenden Werkzeuges berechnet wird, der Vibrationsmodus der Hauptspindel geändert wird, und die Schwingungsdämpfungseffizienz der Schwingungsdämpfungselemente maximal vorgesehen wird. Daher wird die Vibration während der Verarbeitung reduziert.The main spindle device of the machine tool according to the first aspect has a substantial inexpensive structure where the cushioning members are provided between the main spindle and the main spindle cartridge, and the pressure application grooves are easily inserted in the case without special processing of the case and the edge members. Subsequently, even with such a simple structure, the main spindle device is configured to calculate the proper vibration reduction bearing rigidity before processing based on the information of the tool to be used, change the vibration mode of the main spindle, and maximize the vibration damping efficiency of the vibration damping elements. Therefore, the vibration is reduced during processing.

1 ist eine Querschnittansicht und zeigt einen Hauptteil einer Hauptspindelvorrichtung. 1 FIG. 12 is a cross-sectional view showing a main part of a main spindle device. FIG.

2 ist ein Flussdiagram und zeigt die Steuerinhalte der Hauptspindelvorrichtung. 2 Fig. 10 is a flowchart showing the control contents of the main spindle device.

Im Folgenden wird eine Ausführungsform einer Hauptspindelvorrichtung einer Werkzeugmaschine gemäß der Offenbarung anhand der Figuren detailliert beschrieben. 1 veranschaulicht eine Hauptspindelvorrichtung mit einem horizontalen Bearbeitungszentrum, und eine Hauptspindelvorrichtung M enthält eine Hauptspindel 9, ein Gehäuse 11, eine Hülse 12, Lager 10a, 10b, und ähnliche Komponenten. Hereinafter, an embodiment of a main spindle device of a machine tool according to the disclosure will be described in detail with reference to the figures. 1 Fig. 10 illustrates a main spindle device having a horizontal machining center, and a main spindle device M includes a main spindle 9 , a housing 11 , a sleeve 12 , Camp 10a . 10b , and similar components.

Ein Vorderteil der Hauptspindel 9 ist mittels der Lager (Wälzlager) 10a, 10b axial gelagert, und ein Hinterteil ist mittels eines Lagers (Wälzlager) 10c axial gelagert. Die Hauptspindel 9 erstreckt sich in einer vor-zurück Richtung (rechts-links Richtung in 1) des Bearbeitungszentrums, und sie hat eine hohlzylindrische Form. Dann sind eine Spannzange 18, eine Spannstange 19, eine Vielzahl von Tellerfedern 21, 21, ..., und ringförmige Bünde 13, 14 innerhalb der Hauptspindel 9 eingesetzt.A front part of the main spindle 9 is by means of bearings (rolling bearings) 10a . 10b axially mounted, and a rear part is by means of a bearing (bearings) 10c axially stored. The main spindle 9 extends in a front-to-back direction (right-left direction in 1 ) of the machining center, and has a hollow cylindrical shape. Then you have a collet 18 , a tension rod 19 , a variety of disc springs 21 . 21 , ..., and annular frets 13 . 14 within the main spindle 9 used.

Die Dämpfungselemente 20a, 20b sind auf äußeren Umfangsflächen des Bundes 13 und des Bundes 14 installiert. Anschließend ist der Bund 13 in einer Position des Schwingungsbauchs einer primär biegenden Eigenwinkelfrequenz des Rotators inklusive der Hauptspindel 9, einem Hauptspindel-Einbauelement und einem Rotor 15, eingebettet. Zusätzlich ist ein Außengewinde auf einem äußeren Umfang eines Installationsteils des Bundes 13 auf der Spannstange 19 vorgesehen, und ein Innengewinde (verschraubt mit dem Außengewinde) ist auf einer inneren Umfangsfläche des Bundes 13 vorgesehen. In solcher Konfiguration kann die Position des Bundes 13 entsprechend einer Form der Tellerfeder 21 und einer gesamten Länge der Hauptspindel 9 geändert werden.The damping elements 20a . 20b are on outer peripheral surfaces of the covenant 13 and the federal government 14 Installed. Subsequently, the federal government 13 in a position of the antinode of a primary bending natural angular frequency of the rotator including the main spindle 9 , a main spindle installation element and a rotor 15 embedded. In addition, an external thread on an outer circumference of an installation part of the federal government 13 on the tension rod 19 provided, and an internal thread (screwed to the external thread) is on an inner circumferential surface of the federal government 13 intended. In such configuration, the position of the covenant 13 according to a form of the plate spring 21 and an entire length of the main spindle 9 be changed.

Dahingegen ist der Bund 14 in einer Position des Vibrationsbauchs einer primär biegenden Eigenwinkelfrequenz der Spannstange 19 eingebettet. Vor und hinter dem Bund 14 sind die Tellerfedern 21a, 21b eingebettet, und eine Änderung der Kombinationen der Tellerfedern 21a, 21b ermöglicht es, dass die Position des Bundes 14 frei änderbar ist. Hebekräfte der Tellerfedern 21a, 21b werden verwendet, um unterschiedliche Werkzeuge 8 an einem vorderen Ende der Spannzange 18 demontierbar anzubringen.On the other hand, the covenant 14 in a position of the vibrating abdomen of a primarily bending natural angular frequency of the tension rod 19 embedded. Before and behind the Bund 14 are the disc springs 21a . 21b embedded, and a change in the combinations of disc springs 21a . 21b allows the position of the covenant 14 is freely changeable. Lifting forces of the disc springs 21a . 21b are used to different tools 8th at a front end of the collet 18 removable mount.

Ferner ist die Hülse 12 innerhalb des Gehäuses 11 eingebettet, und die Nuten 17a, 17b für die Aufbringung eines Hydraulikdruckes (hydraulische Drucknuten) sind zwischen einem Distalende des Gehäuses 11 und der Hülse 12 vorgesehen. Die Nuten 17a und 17b sind jeweils mit O-Ringen 16a, 16b und O-Ringen 16c, 16d abgedichtet. Der Hydraulikdruck, der auf die Nuten 17a, 17b aufgebracht wird, wird so geändert, dass sich die Schrumpfung der Hülse 12 in einer radialen Richtung ändert, wodurch eine Vorspannung (Steifigkeit) auf die Lager 10a, 10b geändert werden kann.Further, the sleeve 12 inside the case 11 embedded, and the grooves 17a . 17b for applying a hydraulic pressure (hydraulic pressure grooves) are between a distal end of the housing 11 and the sleeve 12 intended. The grooves 17a and 17b are each with O-rings 16a . 16b and O-rings 16c . 16d sealed. The hydraulic pressure acting on the grooves 17a . 17b is applied, is changed so that the shrinkage of the sleeve 12 changes in a radial direction, causing a bias (stiffness) on the bearings 10a . 10b can be changed.

Dahingegen ist eine Steuereinheit 1, die die Arbeiten steuert, mit der Hauptspindelvorrichtung M gekoppelt. Die Steuereinheit 1 enthält eine Eingabevorrichtung 2, eine Recheneinheit 3, eine Speichervorrichtung 4, ein NC-System 5, und ähnliche Komponenten. In der Speichervorrichtung 4 der Steuereinheit 1, wird ein Verhältnis zwischen dem aufgebrachten Hydraulikdruck innerhalb der Nuten 17a, 17b und der Vorspannung (Steifigkeit) auf die Lager 10a, 10b in Daten zum Speichern umgewandelt. Das NC-System 5 der Steuereinheit 1 ist mit einem Steuerventil 7a zum Steuern des aufgebrachten Hydraulikdruckes innerhalb der Nute 17a, einem Steuerventil 7b zum Steuern des aufgebrachten Hydraulikdruckes innerhalb der Nute 17b, und einer Hydraulikeinheit 6 gekoppelt.On the other hand is a control unit 1 , which controls the work, coupled to the main spindle device M. The control unit 1 contains an input device 2 , a computing unit 3 , a storage device 4 , an NC system 5 , and similar components. In the storage device 4 the control unit 1 , a ratio between the applied hydraulic pressure within the grooves becomes 17a . 17b and the preload (rigidity) on the bearings 10a . 10b converted into data for saving. The NC system 5 the control unit 1 is with a control valve 7a for controlling the applied hydraulic pressure within the groove 17a , a control valve 7b for controlling the applied hydraulic pressure within the groove 17b , and a hydraulic unit 6 coupled.

Die Steuereinheit 1 ist so konfiguriert, dass die Eingabevorrichtung 2 für die Eingabe der Dimensionen des anzuwendenden Werkzeugs 8 verwendet wird, und die Recheneinheit 3 einen Vibrationsmodus des Rotators analysiert (der Rotator enthält die Hauptspindel 9, das Hauptspindel-Einbauelement, und den Rotor 15). Danach berechnet die Recheneinheit 3 die Vorspannung (Steifigkeit) auf die Lager 10a, 10b, wo eine Position des Schwingungsbauchs oder eine Position, worauf sich ein Schwingungsweg befindet, der Position des Dämpfungselements 20a entspricht. Ferner ist die Steuereinheit 1 so konfiguriert, dass anhand der Anwendung der Recheneinheit 3, der Hydraulikdruck, aufgebracht auf der äußeren Umfangsoberfläche der Hülse 12, entsprechend der erforderlichen Vorspannung berechnet wird. Fernerhin ist die Steuereinheit 1 für die Steuerung des Steuerventiles 7 konfiguriert, um die Hydraulikeinheit 6 zu steuern, damit ein beliebiger Hydraulikdruck aufgebracht werden kann. Die Hülse 12 ist außerhalb der Lager 10a, 10b gelagert.The control unit 1 is configured to be the input device 2 for entering the dimensions of the tool to be used 8th is used, and the arithmetic unit 3 analyzed a vibratory mode of the rotator (the rotator contains the main spindle 9 , the main spindle cartridge, and the rotor 15 ). After that calculates the arithmetic unit 3 the preload (rigidity) on the bearings 10a . 10b where a position of the antinode or a position on which a vibration path is located, the position of the damping element 20a equivalent. Further, the control unit 1 configured so that by the application of the arithmetic unit 3 , the hydraulic pressure applied to the outer peripheral surface of the sleeve 12 , is calculated according to the required preload. Furthermore, the control unit 1 for the control of the control valve 7 configured to the hydraulic unit 6 to control so that any hydraulic pressure can be applied. The sleeve 12 is outside the warehouse 10a . 10b stored.

Im Folgenden werden die Inhalte einer Arbeitssteuerung der Hauptspindelvorrichtung M anhand des Flussdiagrams der 2 beschrieben. Bei der Arbeitssteuerung der Hauptspindelvorrichtung M legt erst, vor der Verarbeitung, die Eingabevorrichtung 2 die Dimensionen und eine Drehgeschwindigkeit des anzuwendenden Werkzeugs 8 für die Recheneinheit 3 fest, beim Schritt (nachfolgend einfach als S genannt) 1.Hereinafter, the contents of a work control of the main spindle device M will be described with reference to the flowchart of FIG 2 described. In the work control of the main spindle device M, the input device sets only before processing 2 the dimensions and a rotation speed of the tool to be used 8th for the arithmetic unit 3 fixed at the step (hereinafter referred to simply as S) 1.

Fernerhin, bei S2 berechnet die Recheneinheit 3 einen Minimumwert und einen Maximumwert einer erlaubten Lagersteifigkeit der Lager 10a, 10b, anhand der Drehgeschwindigkeit, festgelegt bei S1, und sie legt einen Bereich des erlaubten Hydraulikdrucks, anhand des Verhältnis zwischen der Lagersteifigkeit und dem angewendeten Hydraulikdruck, das in Daten zum Speichern in dem Speichervorrichtung 4 umgewandelt ist, fest. Darauffolgend, bei S3 ist eine Hauptspindelvorrichtung aus Balkenelementen mit einer Vielzahl von zylindrischen Teilen und Lagerelementen konfiguriert (gestaltet), um den Vibrationsmodus zu analysieren.Furthermore, at S2, the arithmetic unit calculates 3 a minimum value and a maximum value of an allowed bearing stiffness of the bearings 10a . 10b Based on the rotational speed set at S1, it sets a range of allowable hydraulic pressure based on the relationship between the bearing rigidity and the applied hydraulic pressure included in data for storage in the storage device 4 is converted, firm. Subsequently, at S3, a main spindle device of beam members having a plurality of cylindrical parts and bearing members is configured to analyze the vibration mode.

Fernerhin, bei S4, wird die Position des Schwingungsbauchs des analysierten Vibrationsmodus mit der Position des Dämpfungselementes 20a verglichen, um eine Positionsverschiebung vom Betrag |X| zu berechnen. Anschließend, bei S5 wird der aufgebrachte Druck Y und die Positionsverschiebung |X| zwischen der Position des Schwingungsbauchs dieses Vibrationsmodus und der Position des Dämpfungselementes 20a in der Speichervorrichtung 4 gespeichert.Further, at S4, the position of the vibration antinode of the analyzed vibration mode becomes the position of the damping element 20a compared to a positional shift of the amount | X | to calculate. Then, at S5, the applied pressure Y and the positional displacement | X | between the position of the antinode of this vibration mode and the position of the damping element 20a in the storage device 4 saved.

Danach, bei S6, wird der aufgebrachte Druck Y, der für die Analyse des Vibrationsmodus der Hauptspindelvorrichtung benutzt wird, mit dem erlaubten Aufbringungsdruck, berechnet bei S2, verglichen. Wenn der aufgebrachte Druck Y kleiner als die Obergrenze des erlaubten Wertes ist, wird der aufgebrachte Druck Y langsam erhöht und werden neue Berechnungen ausgeführt, bis der aufgebrachte Druck Y den erlaubten Wert bei S7 überschreitet.Thereafter, at S6, the applied pressure Y used for analysis of the vibration mode of the main spindle device is compared with the allowable application pressure calculated at S2. When the applied pressure Y is smaller than the upper limit of the allowable value, the applied pressure Y is slowly increased and new calculations are performed until the applied pressure Y exceeds the allowable value at S7.

Dahingegen, wenn der aufgebrachte Druck Y den erlaubten Wert bei S6 überschreitet, geht der Prozess zu S8 weiter, und der aufgebrachte Druck Y ist so festgelegt dass die gespeicherte Verschiebung von |X| zwischen der Position des Schwingungsbauchs des Vibrationsmodus und der Position des Dämpfungselementes 20a am Minimum ist.On the other hand, when the applied pressure Y exceeds the allowable value at S6, the process proceeds to S8 and the applied pressure Y is set so that the stored displacement of | X | between the position of the vibration antinode of the vibration mode and the position of the damping element 20a is at the minimum.

Die obengenannte Hauptspindelvorrichtung M hat eine erhebliche kostengünstige Struktur, wobei die Dämpfungselemente 20a, 20b zwischen der Hauptspindel 9 und dem Hauptspindel-Einbauelement vorgesehen sind, und die Nuten 17a, 17b für die Druckaufbringung einfach in dem Gehäuse 11 ohne einer speziellen Verarbeitung des Gehäuses 11 und den Randteilen vorgesehen sind. Allerdings ist die Hauptspindelvorrichtung M so konfiguriert, dass die Lagersteifigkeit (die Steifigkeit der Lager 10a, 10b), die für die Vibrationsreduktion vor der Verarbeitung angemessen ist, anhand der Information des anzuwendenden Werkzeugs 8 berechnet ist, der Vibrationsmodus der Hauptspindel 9 geändert ist, und das Maximum der Vibrationabsorbtionseffizienz der Vibrationsreduzierungsteile (die Dämpfungselemente 20a, 20b) erreicht ist, wodurch die Vibration während der Verarbeitung reduziert ist.The above-mentioned main spindle device M has a considerable inexpensive structure, wherein the damping elements 20a . 20b between the main spindle 9 and the main spindle mounting member, and the grooves 17a . 17b for pressure application simply in the housing 11 without a special processing of the housing 11 and the edge portions are provided. However, the main spindle device M is configured so that the bearing rigidity (the rigidity of the bearings 10a . 10b ), which is appropriate for the vibration reduction before processing, based on the information of the tool to be used 8th is calculated, the vibration mode of the main spindle 9 is changed, and the maximum of the vibration absorbing efficiency of the vibration reducing parts (the damping elements 20a . 20b ), whereby the vibration is reduced during processing.

Die Konfiguration der Hauptspindelvorrichtung gemäß dieser Offenbarung ist nicht durch den Aspekt der obengenannten Ausführung eingeschränkt, und die Konfigurationen der Form und der ähnlichen Elemente der Hauptspindel, des Lagers, des Gehäuses, der Hülse, des Bundes, der Spannzange (Spannzange für die Aufbringung von Druck), des Dämpfungselementes, und der ähnlichen Elemente können je nach Bedarf modifiziert werden, ohne die Grundgedanken dieser Offenbarung zu verlassen. Zum Beispiel ist die Hauptspindelvorrichtung gemäß der Offenbarung nicht von einer Hauptspindelvorrichtung begrenzt, die den Hydraulikdruck als Mittel für die Änderung der Lagervorspannung wie die obergenannte Ausführung verwendet. Die Hauptspindelvorrichtung kann mit einem Luftdruck oder ähnlichem Druck, und einer ähnlichen Hauptspindelvorrichtung vorgesehen sein, sofern der aufgebrachte Druck auf dem Lager steuerbar konfiguriert ist.The configuration of the main spindle device according to this disclosure is not limited by the aspect of the above embodiment, and the configurations of the shape and the like elements of the main spindle, the bearing, the housing, the sleeve, the collar, the collet (collet for applying pressure ), the damping element, and similar elements may be modified as needed without departing from the spirit of this disclosure. For example, the main spindle device according to the disclosure is not limited by a main spindle device that uses the hydraulic pressure as a means for changing the bearing preload like the above-mentioned embodiment. The main spindle device may be provided with an air pressure or the like, and a similar main spindle device, as far as the applied pressure on the bearing is controllably configured.

Es ist explizit anzumerken, dass alle Merkmale, offenbart in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen, zum Zweck der Ursprungsoffenbarung sowie zum Zweck der Beschränkung der beanspruchten Erfindung, unabhängig von der Zusammensetzung der Merkmale in den Ausführungen und/oder den Ansprüchen, für die Offenbarung separat gedacht sind. Es ist explizit anzumerken, dass alle Wertebereiche oder Angaben der Gruppen der Einrichtungen jeden möglichen Zwischenwert oder jede mögliche Zwischeneinrichtung, zum Zweck der Ursprungsoffenbarung sowie auch zum Zweck der Beschränkung der beanspruchten Erfindung, insbesondere als Grenzwerte der Wertebereiche offenbaren.It is to be expressly understood that all features disclosed in the specification and / or claims for the purpose of the disclosure of origin and for the purpose of limiting the claimed invention, regardless of the composition of the features in the embodiments and / or claims, for the disclosure are thought separately. It is to be explicitly noted that all value ranges or indications of the groups of entities disclose every possible intermediate value or intermediate, for the purpose of the disclosure of origin as well as for the purpose of limiting the claimed invention, in particular as limits of the ranges of values.

Zusammengefasst wird eine Hauptspindelvorrichtung M einer Werkzeugmaschine offenbart, enthaltend: eine Hauptspindel 9, ein Dämpfungselement 20a, 20b, und eine Recheneinheit 3. Das Dämpfungselement 20a, 20b ist auf einer Position, wo sich ein Schwingungsweg eines Rotators befindet, vorgesehen. Die Recheneinheit 3 benutzt die Daten eines Werkzeuges 8, um den Vibrationsmodus in einer freien Vibration des Rotators, basierend auf einer Stützsteifigkeit des Lagers 10a, 10b, der Massen der jeweiligen Teile des Rotators inklusive des Werkzeugs 8, dem Dämpfungskoeffizient, und der Bewegungsgleichung, abgeleitet von der Steifigkeit und der Drehungsträgheit, zu analysieren. Ein Außerdurchmesser einer Hülse 12, die sich außerhalb des Lagers 10a, 10b befindet, wird so geändert, dass eine Position eines Schwingungsbauchs der Vibration oder eine Position, auf der sich ein Schwingweg unter dem Vibrationsmodus befindet, einer Position des Dämpfungselements 20a, 20b innerhalb der Hauptspindel 9 entspricht, um die Vorspannung auf die Lager 10a, 10b zu ändern.In summary, a main spindle device M of a machine tool is disclosed, comprising: a main spindle 9 , a damping element 20a . 20b , and a computing unit 3 , The damping element 20a . 20b is provided at a position where there is a swing path of a rotator. The arithmetic unit 3 uses the data of a tool 8th to the vibration mode in a free vibration of the rotator, based on a support rigidity of the bearing 10a . 10b , the masses of the respective parts of the rotator including the tool 8th , the damping coefficient, and the equation of motion derived from stiffness and rotational inertia. An outside diameter of a sleeve 12 who are outside the camp 10a . 10b is changed so that a position of a vibration antinode of the vibration or a position where a vibration path is under the vibration mode, a position of the damping element 20a . 20b within the main spindle 9 corresponds to the preload on the bearings 10a . 10b to change.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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  • JP 2012-171074 [0002] JP 2012-171074 [0002]
  • JP 5-138408 [0002] JP 5-138408 [0002]

Claims (2)

Hauptspindelvorrichtung (M) einer Werkzeugmaschine, aufweisend: eine Hauptspindel (9), die innerhalb einer Hülse (12) mittels eines Lagers (10a, 10b) rotierbar gelagert ist; ein Dämpfungselement (20a, 20b), das auf einer Position, wo sich der Schwingungsweg eines Rotators befindet, vorgesehen ist; und eine Recheneinheit (3), die so konfiguriert ist, dass es die Daten eines zu verwendenden Werkzeugs (8) verwendet, um einen Vibrationsmodus in einer freien Vibration des Rotators, basierend auf einer Stützsteifigkeit des Lagers (10a, 10b), der Massen der jeweiligen Teile des Rotators einschließlich des Werkzeugs (8), einem Dämpfungskoeffizient, und einer Bewegungsgleichung, abgeleitet von einer Steifigkeit und einer Rotationsträgheit, zu analysieren, wobei ein Außendurchmesser der Hülse (12) außerhalb des Lagers (10a, 10b) geändert wird, sodass eine Position des Schwingungsbauchs der Vibration oder eine Position, worauf sich ein Schwingweg unter dem Vibrationsmodus befindet, einer Position des Dämpfungselementes (10a, 10b) innerhalb der Hauptspindel (9) entspricht, um die Vorspannung auf die Lager (10a, 10b) zu ändern.A main spindle device (M) of a machine tool, comprising: a main spindle (15); 9 ), which are inside a sleeve ( 12 ) by means of a warehouse ( 10a . 10b ) is rotatably mounted; a damping element ( 20a . 20b ) provided at a position where the rotational path of a rotator is located; and a computing unit ( 3 ), which is configured to store the data of a tool to be used ( 8th ) is used to determine a vibration mode in a free vibration of the rotator, based on a support rigidity of the bearing ( 10a . 10b ), the masses of the respective parts of the rotator including the tool ( 8th ), an attenuation coefficient, and an equation of motion derived from a stiffness and a rotational inertia, wherein an outer diameter of the sleeve ( 12 ) outside the camp ( 10a . 10b ) is changed such that a position of the vibration antinode of the vibration or a position where a vibration path is under the vibration mode, a position of the damping element ( 10a . 10b ) within the main spindle ( 9 ) corresponds to the preload on the bearings ( 10a . 10b ) to change. Hauptspindelvorrichtung (M) der Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 1, wobei: ein Raum konfiguriert ist, um mit einem Medium für die Druckaufbringung befüllt zu werden, und der Raum zwischen dem Gehäuse und der Hülse (12) nahe der Installationspositionen des jeweiligen Lagers (10a, 10b) vorgesehen ist, sodass er eine Dimension gleich oder größer als eine Breite des Lagers (10a, 10b) hat, und der Druck des Mediums innerhalb des Raums angepasst ist, um den Außerdurchmesser der Hülse (12) außerhalb des Lagers (10a, 10b) zu ändern und um die Vorspannung auf die Lager (10a, 10b) zu steuern.The main spindle apparatus (M) of the machine tool according to claim 1, wherein: a space is configured to be filled with a medium for pressure application, and the space between the housing and the sleeve (FIG. 12 ) near the installation positions of the respective warehouse ( 10a . 10b ) is provided so that it has a dimension equal to or greater than a width of the bearing ( 10a . 10b ), and the pressure of the medium within the space is adjusted to the outer diameter of the sleeve ( 12 ) outside the camp ( 10a . 10b ) and to adjust the preload on the bearings ( 10a . 10b ) to control.
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